Projekti / Programi
Lasersko vzbujena podpovršinska mikrodestrukcija tkiva (LasDes)
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.06.07 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
Biomedicinska tehnika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T165 |
Tehnološke vede |
Laserska tehnologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.06 |
Tehniške in tehnološke vede |
Zdravstveni inženiring |
Laserski posegi
fokusiranje tlačnih valov
optoakustična leča
oblikovanje laserskih bliskov
ciljna destrukcija tkiva
Raziskovalci (14)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
11905 |
dr. Aleš Babnik |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
103 |
| 2. |
56005 |
Tine Brežan |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2022 |
0 |
| 3. |
29224 |
dr. Peter Gregorčič |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
263 |
| 4. |
50212 |
dr. Luka Hribar |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2021 - 2022 |
22 |
| 5. |
21238 |
dr. Matija Jezeršek |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Vodja |
2019 - 2022 |
375 |
| 6. |
38896 |
dr. Matjaž Kos |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2020 - 2022 |
27 |
| 7. |
39927 |
dr. Jure Košir |
Sistemi in kibernetika |
Raziskovalec |
2020 - 2021 |
14 |
| 8. |
37440 |
dr. Jernej Laloš |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2019 |
28 |
| 9. |
37513 |
dr. Žiga Lokar |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2020 |
37 |
| 10. |
09757 |
dr. Matjaž Lukač |
Fizika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
184 |
| 11. |
38050 |
dr. Nejc Lukač |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
48 |
| 12. |
34413 |
dr. Urban Pavlovčič |
Računalništvo in informatika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
51 |
| 13. |
52342 |
Matej Senegačnik |
Proizvodne tehnologije in sistemi |
Tehnični sodelavec |
2020 - 2022 |
36 |
| 14. |
39666 |
Blaž Tašič Muc |
Fizika |
Raziskovalec |
2019 - 2022 |
34 |
Organizacije (2)
Povzetek
Lasersko vzbujena podpovršinska mikrodestrukcija tkiva se je pojavila iz potrebe po ciljnem delovanju na omejena območja tkiva velikosti manjše od enega kubičnega milimetra, ki se nahajajo relativno globoko pod njegovo površino, pri čemer so poškodbe okoliškega tkiva skrajno nezaželene. Obstoječe metode večinoma temeljijo na mehanskem vzbujanju fokusiranih ultrazvočnih valov, vendar so tovrstni sistemi veliki in okorni, vplivano območje pa je bistveno večje od željenega. Kombinacija hitrega laserja in optoakustične leče ponuja možnost razvoja nove metode lokalizirane destrukcije tkiva z uporabo ustreznih prehodnih tlačnih valov, ki bo bistveno zmanjšala velikost vplivanega volumna ter kontaktne površine. Lasersko generirana mehanska valovna fronta bo oblikovana in usmerjena tako, da se njene sicer zmerne in neškodljive amplitude na nekem omejenem območju znotraj tkiva sestavijo in kulminirajo v želen destruktivni učinek. Posebna oblika take valovne fronte zahteva zelo prilagodljivo generiranje, pri katerem je potrebno točno nadzorovati dovedeno energijo, prostorsko porazdelitev in časovni profil vzbujanja, kar je možno doseči le z optično-mehansko kombinacijo hitrega laserja in optoakustične leče.
Da bi izpolnili te zahteve, bomo eksperimentalno razvili izvirno metodo za prostorsko in časovno nadzorovano tvorjenje območij lasersko vzbujenih mehanskih valov globoko pod površino tkiva in njihovih nadomestkov. Eksperimentalno metodo bomo izčrpno testirali, analizirali in izboljšali, da bi dosegli optimalno delovanje za dano nalogo. Da bomo bolje razumeli in pojasnili opažene pojave lasersko vzbujenih mehanskih valov v snovi, bomo izpeljali teoretični fizikalno-matematični model, ki bo uporabil znane fizikalne mehanizme prisotne v eksperimentih. Model bomo uporabili tudi za simulacijo in napovedovanje tvorjenja mehanskih valov z različnimi parametri in v različnih okoliščinah, ki jih bomo ustvarili v eksperimentalni fazi naše raziskave. Nato bomo razvili inovativni demonstracijski prototipni sistem za lasersko vzbujanje podpovršinskih ojačenih mehanskih valov, ki bo uporabil posebej zasnovano optoakustično lečo za pretvorbo posebnega prostorsko in časovno nadzorovanega laserskega bliska v želeno lokalno ojačeno mehansko valovanje za ciljno destrukcijo tkiva v območju manjšem od enega kubičnega milimetra znotraj obravnavanega materiala.
Raziskovalni projekt bo izveden kot sodelovanje med raziskovalnima skupinama Laboratorija za lasersko tehniko (LASTEH) Katedre za optodinamiko in lasersko tehniko na Fakulteti za strojništvo Univerze v Ljubljani in industrijskega podjetja Fotona d. o. o., ki je specializirano za razvoj in proizvodnjo medicinskih optoelektronskih naprav, instrumentov in dodatkov. Projektna raziskovalna skupina, ki jo vodi izr. prof. dr. Matija Jezeršek (LASTEH), je sestavljena iz več izkušenih raziskovalcev, ki so ključni strokovnjaki na teoretičnih in eksperimentalnih področjih interakcije svetlobe in snovi, laserske obdelave materialov in razvoja laserskih prototipnih sistemov ter imajo vse potrebne kompetence, spretnosti in splošnega znanja za dosego zastavljenih ciljev s številnimi referencami v aplikativnih raziskavah in razvoju lasersko vzbujenega širjenja mehanskih valov.
Izvedba raziskovalnega projekta bo omogočila nadaljnje interdisciplinarne raziskave medicinskih aplikacij lasersko vzbujenih globinsko ojačenih mehanskih valov v mehkih tkivih. Partnersko podjetje bo imelo priložnost prevzeti, nadalje razvijati in tržiti novo razvito metodo in demonstracijski prototipni sistem za klinično uporabo v medicini.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani projekt je naravnan izrazito znanstveno raziskovalno in sicer na področje fotonskih tehnologij, ki predstavljajo eno ključnih omogočitvenih tehnologij tovarn in klinik prihodnosti. Razvoj inovativnih laserskih procesov za klinike prihodnosti se ujema s ključnimi razvojnimi in inovacijskimi cilji akcijskega načrta fokusnega podpodročja »Napredne fotonske tehnologije in inteligentni laserski sistemi za tovarne in klinike prihodnosti« v smislu razvoja novih fotonskih naprav za regenerativno medicino, razvoja inovativnih medicinskih laserskih sistemov s časovno oblikovanim izhodom, ki se prilagaja dinamiki interakcije med lasersko svetlobo in tkivom.
V medicini se namreč vse pogosteje pojavlja potreba po kurativnem ciljno destruktivnem delovanju na omejena območja tkiva velikosti manjše od enega kubičnega milimetra, ki se nahajajo relativno globoko pod njegovo površino, pri čemer so poškodbe okoliškega tkiva skrajno nezaželene. V predlaganem projektu nameravamo zgoraj omenjeni cilj izpolniti z razvojem nove lasersko osnovane metode, ki temelji na optodinamski pretvorbi in fokusiranju tako nastalih tlačnih valov.
Z namenom minimizacije velikosti ciljnega tkiva bodo razvite številne nove rešitve, kot so učinkovita sklopitev visokoprilagodljivega laserskega izvora, optoakustične leče in cilnjega tkiva. Nadalje bo razvit natančen fizikalno-matematičen model za simulacijo in napoved tvorbe visokointenzitetnih mehanskih pojavov glede na različne laserske in materialne parametre. Za opazovanje in vrednotenje razvitih metod bodo razvite inovativne eksperimentalne postavitve temelječe na snemanju pojavov z ultra-hitro kamero, laserskimi senzorji in računalniškim procesiranjem posnetkov.
Uresničitev projektnih ciljev bo omogočilo nadaljnje interdisciplinarne raziskave v smeri potencialnih medicinskih učinkov lasersko povzročenih globinsko ojačenih mehanskih valov v mehkem tkivu ter v smeri nadaljnjega razvoja osnovnih metod tvorjenja globinsko ojačenih mehanskih valov in prototipnih sistemov za klinično uporabo v medicini.
Pomen za razvoj Slovenije
Gospodarska družba Fotona, gradi svojo globalno konkurenčno prednost na poglobljenem razumevanju fizike laserskih izvorov in interakcije laserske svetlobe s tkivi in učinkovinami. Za uspešnost te strategije so zato ključnega pomena dolgoročne strateške povezave z akademskimi raziskovalnimi partnerji. Cilji predlaganega projekta se v popolnosti skladajo z dolgoročnimi razvojnimi cilji podjetja Fotone. Strategija in vizija podjetja je razvoj najbolj zmogljivih in inteligentnih medicinskih laserskih sistemov na svetu, kar zahteva razumevanje mehanizmov interakcije laserske svetlobe s človeškim tkivom in učinkovinami, raziskave in razvoj merskih metod za zasledovanje poteka interakcije ter raziskave in razvoj laserskih izvorov in sistemov, ki so prilagojeni izmerjenim značilnostim interakcije.
Podjetje Fotona že več let sodeluje s Fakulteto za strojništvo predvsem na področjih raziskav laserskih dermatoloških in endodontskih posegov ter razvoja nadzornih sistemov za spremljanje laserskih posegov. Potreba podjetja po vrhunsko izobraženem kadru je močno zaželjena zato poteka sodelovanje med obema partnerjema tudi v obliki doktorskega študija, na katerega se vpisujejo zaposleni podjetja Fotona. Tako so s področja laserske tehnike, ki se neposredno navezuje na vsebine podjetja doktorirali že 4 razvojniki/raziskovalci (dr. B. Cencič, dr. K. Nemeš, dr. T. Perhavec in dr. N. Lukač), ki pridobljeno znanje uspešno uporabljajo pri nadaljnjih razvojnih aktivnostih podjetja.
Skupna vizija podjetja in Fakultete za strojništvo je tudi objavljanje znanstvenih spoznanj v priznanih mednarodnih revijah s področja laserske tehnike, fizike, optomehatronike in biomedicine. Menimo, da lahko do odličnih objav pridemo predvsem z združitvijo temeljnih in aplikativnih raziskav, ki jih zagotavlja sodelovanje med obema partnerjema. Za razliko od konkurence Fotona podpira objavljanje rezultatov raziskav v mednarodnih revijah, saj na ta način gradi in ohranja globalni status znanstveno usmerjenega medicinskega laserskega podjetja.
Z vsem naštetim pričakujemo, da se bo položaj Fotone okrepil na svetovnem trgu laserskih medicinskih sistemov.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
